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1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 教 案 賀 曉 文,緒 論---土力學(xué)及其相關(guān)學(xué)科,0 -1 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程,一土力學(xué)及基礎(chǔ)工程的基本概念,1土力學(xué) 土力學(xué)是從力學(xué)與工程的角度研究土的一門學(xué)科。即：土力學(xué)是利用力學(xué)的一般原理，研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性質(zhì)的應(yīng)用科學(xué)。它主要研究土的應(yīng)力、變形與強(qiáng)度、穩(wěn)定性。也研究土結(jié)相互作用的規(guī)律，也是工程力學(xué)的一個(gè)分支。,2基礎(chǔ)工程： 基礎(chǔ)工程學(xué)涵蓋各種類型建筑物、構(gòu)筑物的各類基礎(chǔ)及地基處理的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，其研究領(lǐng)域非常廣泛?；A(chǔ)工程服務(wù)于各種類型建筑物與結(jié)構(gòu)物，包括建筑工程、橋梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平臺(tái)等

2、各種陸上、水上、水下和地下的結(jié)構(gòu)物?；A(chǔ)工程的研究?jī)?nèi)容包括淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)、地基處理、支擋結(jié)構(gòu)物、基坑工程以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、地基與基礎(chǔ)的共同作用分析技術(shù)等，幾乎囊括了所有與土有關(guān)的結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)、計(jì)算技術(shù)，以及實(shí)施設(shè)計(jì)意圖的施工技術(shù)和施工組織管理。,3.土的定義： 土是礦物或巖石碎屑物構(gòu)成的松軟集合體。是巖石經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)沉積等過程后，形成的各種松散的沉積物。在建筑工程中稱之為“土”。這是土的狹義概念。廣義的概念也包括巖石在內(nèi)。,4.建筑物的地基： 受建筑物影響的那部分地層稱為地基。地基又分為：天然地基、人工地基兩類。 5 .基礎(chǔ)： 由于土的強(qiáng)度低，壓縮性大，故上部結(jié)構(gòu)的荷載不能通

3、過墻、柱直接傳遞給地基，必須在墻、柱與地基的接觸處適當(dāng)擴(kuò)大尺寸，作為建筑物的下部結(jié)構(gòu)。從而把建筑物荷載分散后再傳給地基。因此，與地基接觸的具有較大尺寸的建筑物的下部結(jié)構(gòu)稱為基礎(chǔ)。,6地基基礎(chǔ)必須保證的兩個(gè)條件： （1）要保證作用在地基上的荷載不超過地基的承載能力，保證地基具有足夠的防止整體破壞的安全儲(chǔ)備。即：pf (pmax1.2f)； (2) 控制基礎(chǔ)沉降，使之不超過地基的允許變形值。保證建筑物不因地基變形而損壞或影響正常使用。,,二、課程的特點(diǎn)、內(nèi)容及要求： 1土力學(xué)是以土的三相系為研究對(duì)象的。 2地基土質(zhì)條件不依人們的愿望來選擇。 一旦建筑場(chǎng)地確定，是沒有選擇余地的，我們必須根據(jù)地基的土

4、質(zhì)條件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)、處理、使之滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的要求。 3地基與基礎(chǔ)屬于隱蔽工程，對(duì)其技術(shù)要求高。對(duì)其勘察設(shè)計(jì)及施工要給予充分的重視，因?yàn)橐坏┏鰡栴}，很難補(bǔ)救，損失巨大。一般地基基礎(chǔ)的工程造價(jià)約占土建總造價(jià)的20%左右。 4課程內(nèi)容多，涉及范圍廣 土力學(xué)以材力、結(jié)力、彈力知識(shí)為基礎(chǔ)，同時(shí)還涉及到一些工程地質(zhì)學(xué)、土質(zhì)學(xué)的知識(shí)。因此，給學(xué)習(xí)本門課程造成一定困難。 5這是一門理論性、實(shí)踐性均很強(qiáng)的課程。其內(nèi)容很廣，主要介紹土的物理、力學(xué)性質(zhì)、地基的應(yīng)力計(jì)算、沉降計(jì)算及固結(jié)理論、土的抗剪強(qiáng)度以及土壓力理論等內(nèi)容。,,三、地基基礎(chǔ)的重要性： 地基與基礎(chǔ)是建筑物的根基，又屬于隱蔽工程，它的勘察、設(shè)

5、計(jì)和施工質(zhì)量直接關(guān)系到建筑物的安危。事實(shí)上，并不是每個(gè)基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)都是成功的。許多建筑物的工程質(zhì)量事故是由于地基基礎(chǔ)事故造成的。而且，一旦造成事故，很難補(bǔ)救，損失極大。因此，工程技術(shù)人員必須對(duì)地基基礎(chǔ)問題給予足夠的重視。以高度的責(zé)任感和科學(xué)態(tài)度，對(duì)待工程的地基基礎(chǔ)問題。,意大利比薩斜塔 舉世聞名的意大利比薩斜塔是建筑物傾斜的典型實(shí)例。,不均勻沉降造成的嚴(yán)重傾斜 蘇州市虎丘塔：,建筑物地基滑動(dòng) 加拿大特朗斯康谷倉(cāng) 1概述 加拿大特朗斯康谷倉(cāng)平面呈矩形，長(zhǎng)59.44 m,寬23.47 m。高31.0m。容積36368 m3。谷倉(cāng)為圓筒倉(cāng)，每排13個(gè)圓筒倉(cāng)，共5排65個(gè)圓筒倉(cāng)組成。谷倉(cāng)的基礎(chǔ)為鋼筋混

6、凝土筏基，厚61cm，基礎(chǔ)埋深3 66m。 谷倉(cāng)于1911年開始施工，1913年秋完工。谷倉(cāng)自重20000t，相當(dāng)于裝滿谷物后滿載總重量的42 5% 。1913年9月起往谷倉(cāng)裝谷物，仔細(xì)地裝載，使谷物均勻分布、10月當(dāng)谷倉(cāng)裝了31822m3谷物時(shí)，發(fā)現(xiàn)1小時(shí)內(nèi)垂直沉降達(dá)30.5cm。結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在24小時(shí)間谷倉(cāng)傾倒，傾斜度離垂線達(dá)26o53，。谷倉(cāng)西 端下沉7 32m，東端上抬1.52m。,02 巖土工程及其相關(guān)學(xué)科,一巖土工程的定義： 巖土工程一詞譯自 GeoteClinipe或 Geotechnical Engineering，早期曾譯為“土工學(xué)”，后譯為“巖土工程”，這比前者的涵義

7、更為廣泛和確切。自1979年12月，我國(guó)巖土工程學(xué)報(bào)創(chuàng)刊以來的20多年來，巖土工程的學(xué)科術(shù)語(yǔ)已為我國(guó)工程技術(shù)界所普遍接受，成為技術(shù)交流的通用術(shù)語(yǔ)，并已有一些以巖土工程命名的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范頒布，如巖土工程勘察規(guī)范等，巖土工程學(xué)科已被確認(rèn)為土木工程學(xué)科的一個(gè)重要分支學(xué)科。 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)巖土工程基本術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50279-98）的頒布使巖土工程一詞成為法定的術(shù)語(yǔ)。在巖土工程基本術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)中將巖土工程定義為“土木工程中涉及巖石、土的利用、處理或改良的科學(xué)技術(shù)”，這是高度概括的一種提法。,,,綜合各家思想，巖土工程可定義為： 巖土工程就是根據(jù)工程地質(zhì)、土力學(xué)及巖體力學(xué)理論、觀點(diǎn)與方法，為了整治

8、、利用和改造巖土體，使其為實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)工程目的服務(wù)而進(jìn)行的系統(tǒng)工作。即：巖土工程學(xué)科是以巖體、土體的利用，改造與整治問題為研究對(duì)象的科技領(lǐng)域。可以概括為三個(gè)層次：,1巖土工程是以土力學(xué)與基礎(chǔ)工程、巖石力學(xué)與工程為基礎(chǔ)，并和工程地質(zhì)學(xué)密切結(jié)合的綜合性學(xué)科。 由于巖土工程涉及土和巖石兩種性質(zhì)不同的材料，解決土和巖石的工程問題不僅需要應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)，而且還需要運(yùn)用地質(zhì)學(xué)的知識(shí)，因此巖土工程并不是一門單一的學(xué)科，任何單一學(xué)科都不足以覆蓋巖土工程豐富的內(nèi)涵。 2巖土工程以巖石和土的利用、整治或改造作為研究?jī)?nèi)容。 有許多學(xué)科都以土或巖石作為其研究對(duì)象，例如，地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)等，其研究?jī)?nèi)容各不相同；巖土工程研究土

9、和巖石并不是從地學(xué)或農(nóng)業(yè)的角度，而是從工學(xué)的角度，以工程為目的研究巖石和土的工程性質(zhì)。當(dāng)巖土的工程性質(zhì)或巖上環(huán)境不能滿足工程要求時(shí)，就需要采取工程措施對(duì)巖土進(jìn)行整治和改造，不僅涉及對(duì)巖土性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，而且需要研究如何采用有效的、經(jīng)濟(jì)的方法實(shí)現(xiàn)工程目的。 3巖土工程服務(wù)于各類主體工程的勘察、設(shè)計(jì)與施工的全過程，是這些主體工程的組成部分。,二巖土工程的發(fā)展,巖土工程學(xué)是土木工程的重要分支，是一門涵蓋工程地質(zhì)、土力學(xué)、巖石力學(xué)、基礎(chǔ)工程和地下工程的綜合性學(xué)科，是在20世紀(jì)發(fā)展并不斷成熟起來的。1925年太沙基出版了第一部經(jīng)典著作土力學(xué)，被公認(rèn)為是近代土力學(xué)的開端。 第二次世界大戰(zhàn)以后，許多國(guó)家都致力于

10、振興經(jīng)濟(jì)，大規(guī)模的工程建設(shè)實(shí)踐推動(dòng)了土力學(xué)的進(jìn)步，巖石力學(xué)也相應(yīng)地在這個(gè)時(shí)期形成與發(fā)展。因而，推動(dòng)了以土力學(xué)和巖石力學(xué)為基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)工程和地下工程的設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)的發(fā)展。1948年英國(guó)巖土工程雜志創(chuàng)刊及以后1974年美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)的土力學(xué)與基礎(chǔ)工程雜志更名為巖土工程雜志，被視為巖土工程學(xué)科逐步得到工程界和學(xué)術(shù)界公認(rèn)的標(biāo)志。在新中國(guó)成立以來的50多年中，我國(guó)巖土工程建設(shè)事業(yè)從小到大，得到了迅速的發(fā)展，在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，取得了許多重大的技術(shù)成果。特別在1979年創(chuàng)刊了巖土工程學(xué)報(bào)和1982年相繼創(chuàng)刊巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)以來的20多年中，我國(guó)巖土力學(xué)與工程界 的學(xué)術(shù)水平和技術(shù)成就

11、更為舉世所矚目，在國(guó)際交流中獲得了同行的普遍贊譽(yù)。,,三巖土工程及相關(guān)學(xué)科,巖土工程的基本學(xué)科包括土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)、巖石力學(xué)與工程以及工程地質(zhì)學(xué)等。 土力學(xué)又分為不同的分支，從不同的研究角度，形成不同的分支。有的以土的類型劃分；有的以研究方法劃分；有的以土的特性劃分。近20年，在土力學(xué)領(lǐng)域中，形成了土動(dòng)力學(xué)、計(jì)算土力學(xué)、實(shí)驗(yàn)土力學(xué)、非飽和土力學(xué)、凍土力學(xué)以及隨機(jī)土力學(xué)等分支學(xué)科。,基礎(chǔ)工程學(xué)涵蓋各種類型建筑物、構(gòu)筑物的各類基礎(chǔ)及地基處理的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，其研究領(lǐng)域非常廣泛?；A(chǔ)工程服務(wù)于各種類型建筑物與結(jié)構(gòu)物，包括建筑工程、橋梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平臺(tái)等各種陸上、水上、水下和地

12、下的結(jié)構(gòu)物。以土作為材料的工程和以土作為結(jié)構(gòu)物環(huán)境的工程，如堤壩、土中隧道等的設(shè)計(jì)與施工方法，也是土力學(xué)與基礎(chǔ)工程基本原理的具體應(yīng)用基礎(chǔ)工程的研究?jī)?nèi)容包括淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)、地基處理、支擋結(jié)構(gòu)物、基坑工程以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、地基與基礎(chǔ)的共同作用分析技術(shù)等，幾乎囊括了所有與土有關(guān)的結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)、計(jì)算技術(shù)，以及實(shí)施設(shè)計(jì)意圖的施工技術(shù)和施工組織管理。,四巖土工程在經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展中的作用：,現(xiàn)代的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展離不開對(duì)巖土的整治、利用和改造。巖土工程是建設(shè)工程成敗的關(guān)鍵，為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供必要的保證。 由巖層和土層所構(gòu)成的廣袤大地是工程建設(shè)的基地，是建筑物的地基，是地下建筑的環(huán)境，為土工

13、構(gòu)筑物提供填筑材料，因此巖層和土層的構(gòu)造與工程性質(zhì)直接影響工程建設(shè)的質(zhì)量與造價(jià)，對(duì)巖土條件認(rèn)識(shí)的偏差可能會(huì)導(dǎo)致巨大的損失或事故。人類在與大自然斗爭(zhēng)的歷史長(zhǎng)河中，從正、反兩個(gè)方面學(xué)會(huì)了認(rèn)識(shí)巖土、利用巖土和改造巖土的本領(lǐng)，也逐步懂得了巖土工程的作用與重要性，在工程實(shí)踐的推動(dòng)下，對(duì)巖土工程的研究和應(yīng)用日益發(fā)展。 1959年法國(guó)67m高的馬爾帕塞薄拱壩因壩基失穩(wěn)而毀于一旦，死亡380人。4年后，意大利265m高的瓦昂拱壩上游托克山左岸發(fā)生大規(guī)模的滑坡，滑坡體從大壩附近的上游擴(kuò)展長(zhǎng)達(dá)1800m，并橫跨峽谷滑移300400m，估計(jì)有23億立方米的巖塊滑入水庫(kù)，沖到對(duì)岸形成100150m高的巖堆，致使庫(kù)水漫

14、過壩頂，沖毀了下游的朗格羅尼鎮(zhèn)，死亡約2500人，但大壩卻未遭破壞。這兩起震驚世界的特大災(zāi)害給人們敲響了警鐘，在巖石工程中必須重視巖石力學(xué)。,1975年8月，淮河板橋石漫灘水庫(kù)因老化而垮壩決口，狂瀉的大水奪走了萬余條猝不及防的性命?？鍓蔚闹卮笫鹿侍嵝讶藗儯仨氈匾晫?duì)巖土工程結(jié)構(gòu)物生命周期與老化規(guī)律的研究。 1985年6月12日凌晨，在長(zhǎng)江西陵峽上段，兵書寶劍峽出口處發(fā)生總體積為2107m3的新攤滑坡。新灘古鎮(zhèn)滑入長(zhǎng)江，古鎮(zhèn)全部被毀。由于自1968年以來對(duì)該滑坡進(jìn)行了深入的研究與地表位移的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，在滑坡發(fā)生以前及時(shí)發(fā)出臨滑警報(bào)，由于緊急疏散人員而全鎮(zhèn)1371人無一傷亡。這一大災(zāi)無人員傷亡的事例

15、說明只要重視巖土工程工作，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，地質(zhì)災(zāi)害是可以預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，可以減少損失的。 1995年12月，武漢市整體爆破一幢18層的高層建筑。該建住高度655m，采用336根錘擊沉管擴(kuò)底灌注樁，樁長(zhǎng)175m，樁端進(jìn)入中密粉細(xì)砂持力層l4m。爆破拆除的原因是該高層建筑結(jié)構(gòu)到頂后3個(gè)月內(nèi)產(chǎn)生很大的傾斜，頂部水平位移達(dá)2884mm，傾斜超過5，且發(fā)展速度很快，如不及時(shí)拆除，有整體傾覆的危險(xiǎn)。這一樁基失穩(wěn)的事故告訴人們采用樁基礎(chǔ)并不是萬無一失的，應(yīng)當(dāng)重視樁基礎(chǔ)安全度的研究。 1996年9月，海口市經(jīng)受12級(jí)颶風(fēng)襲擊，伴有400mm以上的大暴雨，在濱海大道旁的某商住小區(qū)內(nèi)，一座停工中的體積達(dá)30000m3

16、的巨型地下室突然竄出地面56m，整體傾斜，猶如平地出現(xiàn)一艘水泥船，停泊在兩幢高樓的中間。雖然經(jīng)過降水、牽引、歸位等工程措施處理，但因地下室兩端高差仍有900mm無法扶正，且頂板和外墻均已開裂，不能繼續(xù)利用而報(bào)廢。這一典型的傾覆失穩(wěn)的事故再次告誡人們，粘性土中的巨大浮力不容忽視。 1998年長(zhǎng)江全流域特大洪水時(shí)，萬里長(zhǎng)江堤防經(jīng)受了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，一些地方的大堤垮塌，大堤地基發(fā)生嚴(yán)重管涌，洪水淹沒了大片土地，人民生命財(cái)產(chǎn)遭受巨大的威脅。僅湖北省沿江段就查出4974處險(xiǎn)情，其中重點(diǎn)險(xiǎn)情540處中，有320處屬地基險(xiǎn)情；潰口性險(xiǎn)情34處中，除3處是涵閘險(xiǎn)情外，其余都是地基和堤身的險(xiǎn)情。可見，長(zhǎng)江防洪工程的重點(diǎn)在巖土工程。,上述事故實(shí)例說明，巖土工程方面的事故具有突發(fā)性、災(zāi)害性和全局性的特點(diǎn)，不僅使工程全軍覆沒，而且常殃及四鄰，危害環(huán)境。為了防止工程事故的產(chǎn)生，在重要工程的各個(gè)階段都應(yīng)十分重視巖土工程的勘察、設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)。,